JP2009210609A - Optical waveguide body - Google Patents

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Osamu Shimakawa
修 島川
Kenichiro Takahashi
健一郎 高橋
Susumu Inoue
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical waveguide body with less damage in the light incident end face or the light exiting end face thereof when laser beam of high power density is wave-guided. <P>SOLUTION: In a light irradiation device 1, the laser beam output from each laser beam source 10<SB>n</SB>is input to the incident end 30a of an optical fiber 30<SB>n</SB>through a lens 20<SB>n</SB>, then, wave-guided from the incident end 30a to the exiting end 30b of the optical fiber 30<SB>n</SB>, further, wave-guided from the incident end face 40a of the optical waveguide body 40 to the exiting end face 40b, then, output from the exiting end face 40b. A core region surface 41b located on the exiting end face side of the core region 41 in the optical waveguide body 40 is disposed on this side away from the exiting end face 40b. Accordingly, the laser beam wave-guided in the core region 41 is output from the core region face 41b, and propagated to the exiting end face 40b in a clad 42. Consequently, the cross section of the laser beam in the exiting end face 40b becomes larger than that in the core region surface 41b, and the power density of the laser beam becomes lower. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、光導波体に関するものである。   The present invention relates to an optical waveguide.

光導波体を用いた光照射装置として、例えば、特許文献１にレーザ照射装置が開示されている。特許文献１のレーザ照射装置は以下の通りである。まず、レーザ光源から出射されたレーザビームは光ファイバに入射される。光ファイバの出射端面から出射された光は、結合レンズを経て、平板状の導波部材の入射端面から入射される。その後、導波部材に入射された光は、多重反射されながら導波し導波部材の出射端面から出射されて被照射物に向けて照射される構造を持っている。ここで用いられる導波部材は直方体の光学媒体であり、入射端面と出射端面とを除く導波部材の側面に導波部材に対して屈折率の小さなクラッドを設ける構成が開示されている。
特開２００７−１１５７２９号公報 As a light irradiation device using an optical waveguide, for example, Patent Document 1 discloses a laser irradiation device. The laser irradiation apparatus of patent document 1 is as follows. First, a laser beam emitted from a laser light source enters an optical fiber. The light emitted from the emission end face of the optical fiber is incident on the incident end face of the flat waveguide member through the coupling lens. Thereafter, the light incident on the waveguide member has a structure in which the light is guided while being multiple-reflected, emitted from the exit end face of the waveguide member, and irradiated toward the irradiated object. The waveguide member used here is a rectangular parallelepiped optical medium, and a configuration is disclosed in which a clad having a small refractive index with respect to the waveguide member is provided on the side surface of the waveguide member excluding the incident end face and the exit end face.
JP 2007-115729 A

しかしながら、特許文献１のレーザ照射装置を用いて高エネルギーでパワー密度の高いレーザ光を導波させた場合、導波部材の入射端面や出射端面にごみや汚れが付着しているとレーザ光によって焼き付きが発生し、入射端面や出射端面に大きな損傷が発生するという問題があった。   However, when laser light with high energy and high power density is guided using the laser irradiation apparatus of Patent Document 1, if dust or dirt adheres to the incident end face and exit end face of the waveguide member, There is a problem that image sticking occurs and a large damage occurs on the incident end face and the outgoing end face.

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、高いパワー密度のレーザ光を導波させた場合に、入射端面又は出射端面における損傷が少ない光導波体を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an optical waveguide that is less damaged at an incident end face or an outgoing end face when a laser beam having a high power density is guided.

本目的を達成するため、本発明の光導波体は、第１端面と第２端面とを有し、第１端面側と第２端面側との間に延在するコアによって光を導波させる光導波体であって、コアの第１端面側の終端と第１端面との間に間隙を有することを特徴とする。   In order to achieve this object, an optical waveguide according to the present invention has a first end face and a second end face, and guides light by a core extending between the first end face side and the second end face side. An optical waveguide having a gap between the end of the core on the first end face side and the first end face.

また、本発明の光導波体は、コアの第２端面側の終端と第２端面との間に間隙を有することを特徴とする。   In addition, the optical waveguide according to the present invention is characterized in that a gap is provided between the end on the second end face side of the core and the second end face.

本発明の光導波体は、コアを導波した光が間隙を伝播して、第１端面側から出力されるときに、第１端面を含む平面における光のビーム断面が、第１端面に含まれることを特徴とする。   In the optical waveguide according to the present invention, when the light guided through the core propagates through the gap and is output from the first end face, the first end face includes the beam cross section of the light in the plane including the first end face. It is characterized by that.

本発明の光導波体を用いた光照射装置では、レーザ光源から出力される光は結合光学系を経て、光導波体の第１端面又は第２端面から光導波体に入力される。光導波体に入力された光は、スラブ導波路によって導波した後、光導波体から被照射物へ向けて照射される。上記のように、本発明に係る光導波体の第１端面及び第２端面のいずれか一方が入射端面として、他方が出射端面として、それぞれ機能する。以下、上記の本発明に係る光導波体の第１端面が出射端面として被照射物に対向しているとする。また、光導波体の第２端面が入射端面として結合光学系に対向しているとする。よって、レーザ光源から出力される光は結合光学系を経て光導波体の第２端面から入力され、第１端面から出力されるとする。   In the light irradiation apparatus using the optical waveguide of the present invention, the light output from the laser light source is input to the optical waveguide from the first end face or the second end face of the optical waveguide through the coupling optical system. The light input to the optical waveguide is guided by the slab waveguide and then irradiated from the optical waveguide toward the irradiated object. As described above, one of the first end surface and the second end surface of the optical waveguide according to the present invention functions as an incident end surface, and the other functions as an output end surface. In the following, it is assumed that the first end face of the optical waveguide according to the present invention faces the object to be irradiated as the exit end face. Further, it is assumed that the second end face of the optical waveguide is opposed to the coupling optical system as the incident end face. Accordingly, it is assumed that light output from the laser light source is input from the second end face of the optical waveguide through the coupling optical system and output from the first end face.

本発明に係る光導波体は、コアの終端と第１端面との間に間隙を有している。このため、光導波体に入力された光が光導波体を出射端面である第１端面に向けて導波するとき、コアの終端と第１端面との間は間隙を伝播する。光は、間隙を伝播するときはコアを多重反射されながら導波する際に比べて広がりながら進むため、間隙を伝播中の光のビーム断面は、コアを導波するときに比べて大きくなる。   The optical waveguide according to the present invention has a gap between the end of the core and the first end face. For this reason, when the light input to the optical waveguide is guided through the optical waveguide toward the first end surface that is the output end surface, the light propagates through the gap between the terminal end of the core and the first end surface. When light propagates through the gap, the light travels more widely than when guided through the core while being subjected to multiple reflections. Therefore, the beam cross section of the light propagating through the gap becomes larger than when guided through the core.

第２端面から光導波体に入射された光は、光導波体のコアを導波した後に間隙を経て第１端面に到達する。このとき、第１端面における光のビーム断面は、光導波体のコアにおけるビーム断面よりも大きくなっていて、パワー密度が低くなっている。これによって、高エネルギーと高いパワー密度を持つ光を導波する光導波体であっても、第１端面から出力される際にはパワー密度を低くすることができる。   Light incident on the optical waveguide from the second end face is guided through the core of the optical waveguide and then reaches the first end face via a gap. At this time, the beam cross section of the light at the first end face is larger than the beam cross section of the core of the optical waveguide, and the power density is low. As a result, even if an optical waveguide that guides light having high energy and high power density, the power density can be lowered when output from the first end face.

本発明に係る光導波体としては間隙を第１端面に限らず、第２端面においても備えることができる。これによれば、光導波体の入射端面及び出射端面のいずれの面においてもレーザ光の焼き付きによる損傷を減らすことができるため、本発明による効果をさらに高めることができる。   In the optical waveguide according to the present invention, the gap can be provided not only on the first end face but also on the second end face. According to this, since the damage due to the burning of the laser beam can be reduced on any of the incident end face and the exit end face of the optical waveguide, the effect of the present invention can be further enhanced.

また、コアを導波した光が間隙を伝播して、第１端面側から出力されるときの第１端面を含む平面における光のビーム断面が第１端面に含まれていれば、光が光導波体の第１端面及び第２端面を除く側面に到達したときの反射や散乱等による損失を軽減し、高エネルギーを維持した光を被照射物へ照射することができる。   In addition, when the light guided through the core propagates through the gap and is output from the first end face side, the first end face includes a light beam cross section in a plane including the first end face. Loss due to reflection or scattering when reaching the side surfaces excluding the first end surface and the second end surface of the wave body can be reduced, and the irradiated object can be irradiated with light maintaining high energy.

本発明によれば、高いパワー密度のレーザ光を導波させた場合に、入射端面又は出射端面における損傷が少ない光導波体が提供される。   According to the present invention, there is provided an optical waveguide that is less damaged at an incident end face or an outgoing end face when a laser beam having a high power density is guided.

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一または同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same or similar elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図１は、本実施形態に係る光導波体を用いた光照射装置１の構成を示す図である。この図に示される光照射装置１は、Ｎ個のレーザ光源１０１〜１０Ｎ、Ｎ個のレンズ２０１〜２０Ｎ、Ｎ本の光ファイバ３０１〜３０Ｎ、光導波体４０および結像光学系５０を備える。ここで、Ｎは１以上の整数であり、また、以下に登場するｎは１以上Ｎ以下の整数である。 FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a light irradiation apparatus 1 using an optical waveguide according to the present embodiment. The light irradiation apparatus 1 shown in this figure includes N laser light sources 10 1 to 10 N , N lenses 20 1 to 20 N , N optical fibers 30 1 to 30 N , an optical waveguide 40, and an imaging. An optical system 50 is provided. Here, N is an integer of 1 or more, and n appearing below is an integer of 1 or more and N or less.

各レーザ光源１０ｎは、レーザ光を出力するものである。各レーザ光源１０ｎとして、任意のタイプのものが用いられ得るが、小型化の点で有利な半導体レーザ光源が好適に用いられる。Ｎ個のレーザ光源１０１〜１０Ｎそれぞれから出力されるレーザ光の波長は、互いに略同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。各レンズ２０ｎは、レーザ光源１０ｎと光ファイバ３０ｎの入射端３０ａとの間に設けられていて、レーザ光源１０ｎから出力されるレーザ光を光ファイバ３０ｎの入射端３０ａに集光して、そのレーザ光を該入射端３０ａから光ファイバ３０ｎ内に入力させる。 Each laser light source 10 n outputs laser light. Although any type of laser light source 10 n can be used, a semiconductor laser light source that is advantageous in terms of miniaturization is preferably used. The wavelengths of the laser beams output from the N laser light sources 10 1 to 10 N may be substantially the same as each other or different from each other. Each lens 20 n is provided between the incident end 30a of the laser light source 10 n and the optical fiber 30 n, condensing the laser light output from the laser light source 10 n on the entrance end 30a of the optical fiber 30 n to, and inputs the laser light from the incident end 30a to the optical fiber 30 n.

各光ファイバ３０ｎは、レンズ２０ｎから出力されて入射端３０ａに入力されるレーザ光を導波させて、そのレーザ光を出射端３０ｂから出力する。各光ファイバ３０ｎは、レーザ光源１０ｎから出力されるレーザ光の波長において伝搬損失が小さいのが好ましく、例えば、純石英ガラスからなるコアを有するものであるのが好ましい。各光ファイバ３０ｎは、シングルモード光ファイバであってもよいし、マルチモード光ファイバであってもよい。各光ファイバ３０ｎの出射端３０ｂは、光導波体４０の入射端面４０ａと光学的に接続されている。レンズ２０１〜２０Ｎおよび光ファイバ３０１〜３０Ｎは、レーザ光源１０１〜１０Ｎから出力されるレーザ光を光導波体４０の入射端面４０ａに入力させる結合光学系を構成している。 Each optical fiber 30 n guides the laser light output from the lens 20 n and input to the incident end 30 a, and outputs the laser light from the emission end 30 b. Each optical fiber 30 n preferably has a small propagation loss at the wavelength of the laser light output from the laser light source 10 n, and preferably has a core made of pure silica glass, for example. Each optical fiber 30 n may be a single mode optical fiber or a multimode optical fiber. Exit end 30b of the optical fiber 30 n is incident end surface 40a optically connected to the optical waveguide 40. The lenses 20 1 to 20 N and the optical fibers 30 1 to 30 N constitute a coupling optical system that inputs laser light output from the laser light sources 10 1 to 10 N to the incident end face 40 a of the optical waveguide 40.

光導波体４０は、互いに対向する面に入射端面４０ａおよび出射端面４０ｂを有していている。なお、この図１および以降の各図には、光導波体４０について説明する際の便宜のためにｘｙｚ直交座標系が示されている。光導波体４０は、Ｎ本の光ファイバ３０１〜３０Ｎそれぞれの出射端３０ｂから出力されて入射端面４０ａに入力されるレーザ光をスラブ導波路により導波させて、そのレーザ光を出射端面４０ｂから出力する。結像光学系５０は、光導波体４０の出射端面４０ｂから出力されるレーザ光を照射対象物２の表面上に結像する。 The optical waveguide 40 has an incident end face 40a and an outgoing end face 40b on opposite surfaces. In FIG. 1 and the subsequent drawings, an xyz orthogonal coordinate system is shown for convenience in describing the optical waveguide 40. The optical waveguide 40 guides the laser light output from the emission ends 30b of the N optical fibers 30 1 to 30 N and input to the incident end face 40a through the slab waveguide, and the laser light is emitted from the emission end faces. Output from 40b. The imaging optical system 50 images the laser light output from the emission end face 40 b of the optical waveguide 40 on the surface of the irradiation target 2.

図２は、本実施形態に係る光導波体４０の構成を示す斜視図である。光導波体４０は、コア４１と、このコア４１を包囲するクラッド４２と、を有する。コア４１の屈折率はクラッド４２の屈折率より高い。光導波体４０は、レーザ光源１０１〜１０Ｎから出力されるレーザ光の波長において伝搬損失が小さいのが好ましく、石英ガラスからなるのが好ましい。また、クラッド４２の一部（例えばコア４１に対して＋ｙ方向側の部分）は空気であってもよい。 FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the optical waveguide 40 according to the present embodiment. The optical waveguide 40 has a core 41 and a clad 42 surrounding the core 41. The refractive index of the core 41 is higher than the refractive index of the clad 42. The optical waveguide 40 preferably has a small propagation loss at the wavelength of the laser light output from the laser light sources 10 1 to 10 N , and is preferably made of quartz glass. Further, a part of the clad 42 (for example, a part on the + y direction side with respect to the core 41) may be air.

入射端面４０ａおよび出射端面４０ｂそれぞれはｘｙ平面に平行である。コア４１は、ｘｚ平面に平行な方向に延在していて、入射端面４０ａから出射端面４０ｂの手前までｚ方向に沿って設けられていてスラブ導波路を構成している。コア４１の入射端面４０ａ側の終端であるコア領域面４１ａは、入射端面４０ａに含まれている。一方、コア４１の出射端面４０ｂ側の終端であるコア領域面４１ｂは、出射端面４０ｂよりも手前（−ｚ方向）で終端し、コア領域面４１ｂと出射端面４０ｂとの間には間隙が設けられている。本実施形態においては、コア領域面４１ｂと出射端面４０ｂとの間の間隙はクラッド４２と同じ組成であり同じ屈折率である。例えば、コア４１のｘ方向の幅は数百μｍ〜１０ｍｍであり、コア４１のｙ方向の高さは数μｍ〜１０μｍである。また、コア４１のｚ方向の長さは数十ｍｍであり、コア４１の出射端面４０ｂ側の終端と出射端面４０ｂとの長さは数百μｍ〜数ｍｍである。   Each of the incident end face 40a and the outgoing end face 40b is parallel to the xy plane. The core 41 extends in a direction parallel to the xz plane, and is provided along the z direction from the incident end face 40a to the front of the exit end face 40b to constitute a slab waveguide. A core region surface 41a that is a terminal end of the core 41 on the incident end surface 40a side is included in the incident end surface 40a. On the other hand, the core region surface 41b, which is the end of the core 41 on the exit end surface 40b side, terminates in front (−z direction) from the exit end surface 40b, and a gap is provided between the core region surface 41b and the exit end surface 40b. It has been. In the present embodiment, the gap between the core region surface 41b and the emission end surface 40b has the same composition as the clad 42 and the same refractive index. For example, the width of the core 41 in the x direction is several hundred μm to 10 mm, and the height of the core 41 in the y direction is several μm to 10 μm. The length of the core 41 in the z direction is several tens of mm, and the length of the end of the core 41 on the emission end face 40b side and the emission end face 40b is several hundred μm to several mm.

図３は、本実施形態に係る光導波体を用いた光照射装置１に含まれる光ファイバ３０ｎと光導波体４０との光結合を説明する断面図である。各光ファイバ３０ｎは、コア３１と、このコア３１を包囲するクラッド３２と、を有する。コア３１の屈折率はクラッド３２の屈折率より高い。例えば、コア３１の径は数μｍ〜１０μｍであり、クラッド３２の径は５０μｍ〜１２５μｍである。一般に光ファイバのクラッド径は１２５μｍであるが、各光ファイバ３０ｎのクラッド３２の径を小さくすることにより、光導波体４０の入射端面４０ａにおいてコア領域面４１ａに対して、より多数の光ファイバを光結合させることができる。なお、この構成は全ての光ファイバ３０１〜３０Ｎにおいて共通である。 FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating optical coupling between the optical fiber 30 n and the optical waveguide 40 included in the light irradiation apparatus 1 using the optical waveguide according to the present embodiment. Each optical fiber 30 n includes a core 31 and a clad 32 surrounding the core 31. The refractive index of the core 31 is higher than the refractive index of the clad 32. For example, the core 31 has a diameter of several μm to 10 μm, and the clad 32 has a diameter of 50 μm to 125 μm. Generally, the clad diameter of the optical fiber is 125 μm. However, by reducing the diameter of the clad 32 of each optical fiber 30 n , a larger number of optical fibers can be formed with respect to the core region surface 41 a at the incident end face 40 a of the optical waveguide 40. Can be optically coupled. This configuration is common to all the optical fibers 30 1 to 30 N.

各光ファイバ３０ｎの出射端３０ｂにおけるコア３１と、光導波体４０の入射端面４０ａにおけるコア領域面４１ａとは、互いに対向して光学的に結合している。両者は、融着接続されているのが低損失の点で好ましいが、接着剤による結合やレンズを介した光結合でもよい。また、融着接続される場合、各光ファイバ３０ｎのコア３１の径は、光導波体４０のコア４１のｙ方向の高さ（コア領域面４１ａのｙ方向の高さと同一である）と比べて同程度または小さいのが好ましく、このようにすることにより、各光ファイバ３０ｎから光導波体４０への光結合が低損失となる。 The core 31 at the output end 30b of the optical fibers 30 n, and the core region surface 41a at the incident end face 40a of the optical waveguide 40 are optically coupled to face each other. The two are preferably fusion-bonded from the viewpoint of low loss, but may be bonded by an adhesive or optically coupled through a lens. Further, in the case of fusion splicing, the diameter of the core 31 of each optical fiber 30 n is the height in the y direction of the core 41 of the optical waveguide 40 (the same as the height of the core region surface 41 a in the y direction). Compared to the above, it is preferable that the optical coupling between the optical fibers 30n and the optical waveguide 40 is low loss.

図４は、本実施形態に係る光導波体を用いた光照射装置１に含まれる光ファイバ３０ｎと光導波体４０との光結合部における光ファイバ３０１〜３０Ｎの配列を説明する図である。この図は、光結合部において並列配置された光ファイバ３０１〜３０Ｎの出射端３０ｂを見たものである。光導波体４０の入射端面４０ａにおけるコア領域面４１ａはｙ方向の高さが限られていてｘ方向に長い形状となっているので、このようなコア領域面４１ａの形状に合わせて光ファイバ３０１〜３０Ｎのそれぞれの出射端３０ｂもｘ方向に配列される必要がある。そこで、この配列を容易にするために保持部材３３が用いられる。この保持部材３３は全体的には平板状の部材であって、その一方の主面上のＮ本のＶ溝は精度よく形成され得るので、各Ｖ溝に光ファイバ３０ｎを配置することで、光ファイバ３０１〜３０Ｎのそれぞれの出射端３０ｂも精度よく配置され得る。 FIG. 4 is a view for explaining the arrangement of the optical fibers 30 1 to 30 N in the optical coupling portion between the optical fiber 30 n and the optical waveguide 40 included in the light irradiation device 1 using the optical waveguide according to the present embodiment. It is. This figure is a view of the emission end 30b of the optical fibers 30 1 to 30 N arranged in parallel in the optical coupling portion. Since the core region surface 41a at the incident end surface 40a of the optical waveguide 40 has a limited height in the y direction and is elongated in the x direction, the optical fiber 30 is matched to the shape of the core region surface 41a. each exit end 30b of the 1 to 30 N may need to be arranged in the x direction. Therefore, a holding member 33 is used to facilitate this arrangement. The holding member 33 is a flat plate as a whole, and the N V-grooves on one main surface thereof can be formed with high accuracy. Therefore, by arranging the optical fiber 30 n in each V-groove. In addition, the emission ends 30b of the optical fibers 30 1 to 30 N can also be accurately arranged.

このように本実施形態に係る光導波体を用いて構成される光照射装置１では、各レーザ光源１０ｎから出力されたレーザ光は、レンズ２０ｎにより光ファイバ３０ｎの入射端３０ａに集光されて、この入射端３０ａから光ファイバ３０ｎ内に導入される。各光ファイバ３０ｎ内に導入されたレーザ光は、光ファイバ３０ｎにより導波された後、光ファイバ３０ｎの出射端３０ｂから出力されて、光導波体４０の入射端面４０ａから光導波体４０内に導入される。光導波体４０内のコア４１を導波したレーザ光は、出射端面４０ｂから出力され、結像光学系５０によりレーザ光の像が照射対象物２の表面上に形成される。 Thus, in the light irradiation apparatus 1 configured using the optical waveguide according to the present embodiment, the laser light output from each laser light source 10 n is collected by the lens 20 n at the incident end 30 a of the optical fiber 30 n. The light is introduced into the optical fiber 30 n from the incident end 30a. The laser light introduced to the optical fiber 30 n, after being guided through the optical fiber 30 n, is output from the output end 30b of the optical fibers 30 n, optical waveguide from the entrance end face 40a of the optical waveguide 40 40. The laser light guided through the core 41 in the optical waveguide 40 is output from the emission end face 40 b, and an image of the laser light is formed on the surface of the irradiation object 2 by the imaging optical system 50.

ここで、従来の光導波体においては、入射端面４０ａから光導波体４０内に導入されたレーザ光は、コア４１に閉じ込められて導波し、出射端面４０ｂまで達して該出射端面４０ｂから出力される。従来の光導波体では、コア４１は入射端面４０ａから出射端面４０ｂまで延在しているため、出射端面４０ｂにおけるレーザ光のビーム断面は出射端面４０ｂにおけるコア４１の面積と等しくなる。光導波体４０のコア４１中に高エネルギーでパワー密度の高いレーザ光を導波させた場合、パワー密度の高いレーザ光を出射端面４０ｂから出力するために、出射端面４０ｂにごみや汚れが付着しているとレーザ光によって焼き付きが発生するという問題があった。   Here, in the conventional optical waveguide, the laser light introduced into the optical waveguide 40 from the incident end face 40a is confined and guided by the core 41, reaches the exit end face 40b, and is output from the exit end face 40b. Is done. In the conventional optical waveguide, since the core 41 extends from the incident end face 40a to the exit end face 40b, the beam cross section of the laser light at the exit end face 40b is equal to the area of the core 41 at the exit end face 40b. When laser light with high energy and high power density is guided in the core 41 of the optical waveguide 40, dust and dirt adhere to the output end face 40b in order to output the laser light with high power density from the output end face 40b. However, there is a problem that image sticking occurs due to the laser beam.

そのため、本実施形態ではこの問題を解消するために、コア４１における出射端面４０ｂ側のコア領域面４１ｂを出射端面４０ｂよりも手前に設けてコア領域面４１ｂと出射端面４０ｂとの間に間隙を設けることにより、出射端面４０ｂから出射される光の出射端面４０ｂにおけるビーム断面積を大きくするという工夫を行った。   Therefore, in this embodiment, in order to solve this problem, the core region surface 41b on the exit end surface 40b side of the core 41 is provided in front of the exit end surface 40b, and a gap is formed between the core region surface 41b and the exit end surface 40b. By providing, the device which enlarges the beam cross-sectional area in the output end surface 40b of the light radiate | emitted from the output end surface 40b was performed.

図５は、本実施形態に係る光導波体４０において、出射端面４０ｂ側のコア領域面４１ｂから出力された光の伝播を模式的に示す図である。図５では、光導波体４０を＋ｙ方向から見た図である。このように、入射端面４０ａから光導波体４０内に導入されたレーザ光は、コア４１に閉じ込められて導波され、コア領域面４１ｂから出力される。コア領域面４１ｂと出射端面４０ｂとの間には間隙が設けられており、コア領域面４１ｂから出力されたレーザ光Ｌはクラッド４２からなる間隙を出射端面４０ｂ方向へ進む。クラッド４２内を伝播するレーザ光Ｌは、出射端面４０ｂまで達して該出射端面４０ｂから出力される。クラッド４２内を伝播するレーザ光Ｌは、コア領域面４１ｂから出力された時点から広がりをもって進み、レーザ光Ｌのビーム断面が出射端面４０ｂに含まれた状態で出射端面４０ｂから出力される。出射端面４０ｂから出力されるときのレーザ光Ｌのｘ軸方向のビームの幅は、出射端面４０ｂ側のコア領域面４１ｂにおけるｘ軸方向のビームの幅よりも大きくなる。この結果、出射端面４０ｂから出力されるときのレーザ光Ｌのパワー密度を、出射端面４０ｂ側のコア領域面４１ｂにおけるパワー密度より低くすることができるため、レーザ光Ｌによる焼き付きを低減させることができる。   FIG. 5 is a diagram schematically showing the propagation of light output from the core region surface 41b on the emission end face 40b side in the optical waveguide body 40 according to the present embodiment. In FIG. 5, the optical waveguide 40 is viewed from the + y direction. In this way, the laser light introduced into the optical waveguide 40 from the incident end face 40a is confined and guided by the core 41, and is output from the core region face 41b. A gap is provided between the core region surface 41b and the emission end surface 40b, and the laser light L output from the core region surface 41b travels through the gap formed by the clad 42 toward the emission end surface 40b. The laser light L propagating in the clad 42 reaches the emission end face 40b and is output from the emission end face 40b. The laser light L propagating in the clad 42 proceeds with spread from the time when it is output from the core region surface 41b, and is output from the emission end face 40b in a state where the beam cross section of the laser light L is included in the emission end face 40b. The width of the beam in the x-axis direction of the laser light L when it is output from the emission end face 40b is larger than the width of the beam in the x-axis direction on the core region surface 41b on the emission end face 40b side. As a result, the power density of the laser light L when it is output from the emission end face 40b can be made lower than the power density in the core region surface 41b on the emission end face 40b side, so that the burn-in due to the laser light L can be reduced. it can.

図５では光導波体４０においてコア４１から出力されたレーザ光Ｌのクラッド４２における伝播についてｘｚ平面図を用いて説明したが、ｙｚ平面についても同様にレーザ光Ｌは伝播し、レーザ光Ｌのビーム断面が出射端面４０ｂに含まれた状態で出射端面４０ｂから出力される。これにより、出射端面４０ｂから出力されるときのレーザ光Ｌのｙ軸方向のビームの幅は、出射端面４０ｂ側のコア領域面４１ｂにおけるｙ軸方向のビームの幅よりも大きくなる。このため、出射端面４０ｂから出力されるレーザ光Ｌの出射端面４０ｂにおけるビーム断面積は、出射端面４０ｂ側のコア領域面４１ｂから出力されるときのビーム断面積よりも大きく、レーザ光Ｌのパワー密度の小さくして出射端面４０ｂから出力することができる。   In FIG. 5, the propagation of the laser light L output from the core 41 in the optical waveguide 40 in the clad 42 has been described using the xz plan view. However, the laser light L similarly propagates in the yz plane, and the laser light L The beam is output from the emission end face 40b in a state where the beam cross section is included in the emission end face 40b. As a result, the width of the beam in the y-axis direction of the laser beam L when output from the emission end face 40b is larger than the width of the beam in the y-axis direction on the core region surface 41b on the emission end face 40b side. For this reason, the beam cross-sectional area at the emission end face 40b of the laser light L output from the emission end face 40b is larger than the beam cross-sectional area when output from the core region surface 41b on the emission end face 40b side, and the power of the laser light L The density can be reduced and output from the output end face 40b.

なお、本実施形態に係る光導波体４０に代わって、従来の光導波体にさらにコアが無いクラッドを融着接続するという手段も考えられる。しかしながら、上記手段を実現するためには従来の光導波体とコア無しクラッドを製造した後に、それらを融着接続する必要がある。一方、本実施形態に係る光導波体４０は一般的な光導波体の製造方法により作製することができる。光導波体の一般的な製造方法としては、下地基板上に、アンダークラッド層、コア４１となるコア層を順次形成する。その後コア層の上面にレジスト膜を形成し、フォトリソグラフィによりレジスト膜によるパターンを形成し、エッチングを行ってレジスト膜が形成されていない部分のコア層を除去する。これによってコア４１が形成され、さらにオーバークラッド層を積層することにより、光導波体４０が得られる。本実施形態に係る光導波体４０は、上記の光導波体の一般的な製造方法のうち、レジスト膜のパターンの形状を変更することにより作製することができる。このように、本実施形態に係る光導波体４０は、従来の光導波体の製造方法から工程数を変更することがないため、設備投資や作業コスト等の増加がなくレーザ光による焼き付きを低減させ、損傷を減少させる効果を得ることができる。   In place of the optical waveguide 40 according to the present embodiment, means for fusion-bonding a clad having no core to the conventional optical waveguide is also conceivable. However, in order to realize the above-described means, it is necessary to make a conventional optical waveguide and a coreless clad and then fuse and connect them. On the other hand, the optical waveguide 40 according to the present embodiment can be manufactured by a general optical waveguide manufacturing method. As a general manufacturing method of an optical waveguide, an under cladding layer and a core layer that becomes a core 41 are sequentially formed on a base substrate. Thereafter, a resist film is formed on the upper surface of the core layer, a pattern by the resist film is formed by photolithography, and etching is performed to remove the portion of the core layer where the resist film is not formed. As a result, a core 41 is formed, and an optical waveguide 40 is obtained by further laminating an over clad layer. The optical waveguide 40 according to the present embodiment can be manufactured by changing the pattern shape of the resist film in the general manufacturing method of the optical waveguide. As described above, the optical waveguide 40 according to the present embodiment does not change the number of steps from the conventional optical waveguide manufacturing method, so that there is no increase in equipment investment and work cost, and the seizure due to laser light is reduced. And the effect of reducing damage can be obtained.

以上のように、本実施形態に係る光導波体を用いた光照射装置１によれば、光導波体４０のコア４１において、出射端面４０ｂ側のコア領域面４１ｂを出射端面４０ｂより手前に設けて、出射端面４０ｂとコア領域面４１ｂとの間に間隙を設けることにより、高いパワー密度のレーザ光を導波させた場合に、出射端面４０ｂにおける損傷を減らすことができる。   As described above, according to the light irradiation device 1 using the optical waveguide according to the present embodiment, in the core 41 of the optical waveguide 40, the core region surface 41b on the emission end face 40b side is provided in front of the emission end face 40b. Thus, by providing a gap between the exit end face 40b and the core region face 41b, damage to the exit end face 40b can be reduced when laser light having a high power density is guided.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、本実施形態では光導波体４０におけるコア４１の入射端面４０ａ側の端面（コア領域面４１ａ）は入射端面４０ａに達しているが、入射端面４０ａ側のコア領域面４１ａと入射端面４０ａとの間に間隙を設けて、本実施形態と同様に間にクラッド４２を設ける構造としてもよい。この構造は、光ファイバ３０ｎの出射端３０ｂにおけるコア３１と、光導波体４０の入射端面４０ａ側のコア領域面４１ａとが、レンズを介して互いに光結合しているときに好適である。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible. For example, in the present embodiment, the end surface (core region surface 41a) on the incident end surface 40a side of the core 41 in the optical waveguide 40 reaches the incident end surface 40a, but the core region surface 41a and the incident end surface 40a on the incident end surface 40a side. A structure may be adopted in which a gap is provided between them and a clad 42 is provided between them as in the present embodiment. This structure includes a core 31 at the output end 30b of the optical fiber 30 n, and a core area surface 41a of the entrance end face 40a side of the optical waveguide 40 is suitable when they are optically coupled to each other through the lens.

本実施形態に係る光導波体を用いた光照射装置１の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the light irradiation apparatus 1 using the optical waveguide body which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る光導波体４０の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the optical waveguide body 40 which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る光導波体を用いた光照射装置１に含まれる光ファイバ３０ｎと光導波体４０との光結合を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the optical coupling of the optical fiber 30n and the optical waveguide 40 which are included in the light irradiation apparatus 1 using the optical waveguide which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る光導波体を用いた光照射装置１に含まれる光ファイバ３０ｎと光導波体４０との光結合部における光ファイバ３０１〜３０Ｎの配列を説明する図である。It is a diagram illustrating the arrangement of the optical fiber 30 1 to 30 N in the optical coupling portion between the optical fiber 30 n and the optical waveguide member 40 included in the light irradiation device 1 using the optical waveguides of this embodiment. 本実施形態に係る光導波体４０において、出射端面４０ｂ側のコア領域面４１ｂから出力されたレーザ光Ｌの伝播を模式的に示す図である。In the optical waveguide body 40 which concerns on this embodiment, it is a figure which shows typically propagation of the laser beam L output from the core area | region surface 41b by the side of the output end surface 40b.

符号の説明Explanation of symbols

１…光照射装置、１０１〜１０Ｎ…レーザ光源、２０１〜２０Ｎ…レンズ、３０１〜３０Ｎ…光ファイバ、４０…光導波体、４１…コア、４２…クラッド、５０…結像光学系。 1 ... light irradiation device, 10 1 to 10 N ... laser light source, 20 1 to 20 N ... lens, 30 1 to 30 N ... optical fiber, 40 ... optical waveguide, 41 ... core, 42 ... clad, 50 ... imaging Optical system.

Claims (3)

第１端面と第２端面とを有し、前記第１端面側と前記第２端面側との間に延在するコアによって光を導波させる光導波体であって、
前記コアの前記第１端面側の終端と前記第１端面との間に間隙を有する
ことを特徴とする光導波体。 An optical waveguide having a first end face and a second end face, and guiding light by a core extending between the first end face side and the second end face side,
An optical waveguide comprising a gap between a terminal end of the core on the first end face side and the first end face. 前記コアの前記第２端面側の終端と前記第２端面との間に間隙を有する
ことを特徴とする請求項１記載の光導波体。 The optical waveguide according to claim 1, wherein a gap is provided between a terminal end of the core on the second end face side and the second end face. 前記コアを導波した光が前記間隙を伝播して、前記第１端面側から出力されるときに、
前記第１端面を含む平面における前記光のビーム断面が、前記第１端面に含まれる
ことを特徴とする請求項１記載の光導波体。
When the light guided through the core propagates through the gap and is output from the first end face side,
The optical waveguide according to claim 1, wherein a beam cross section of the light in a plane including the first end face is included in the first end face.
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